In che modo uno scambiatore di calore in PTFE resiste alla corrosione dell'amalgama di mercurio nel riscaldamento della salamoia delle celle contenenti cloro-alcali?
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Il rischio di inquinamento da mercurio
Negli impianti cloro-alcalini che utilizzano la tecnologia delle celle a mercurio, il cloro e l'idrossido di sodio vengono prodotti facendo passare una corrente elettrica attraverso una soluzione di acqua e sale con mercurio elementare che funge da catodo. La salamoia circolante comprende tracce di mercurio disciolto, solitamente da 1 a 20 parti per milione, ma con escursioni occasionali a concentrazioni sostanzialmente più elevate. È possibile l'attacco del mercurio su qualsiasi scambiatore di calore metallico a contatto con questa salamoia.
Il mercurio attacca i metalli attraverso la fusione, la creazione di leghe di mercurio e metallo. L'alluminio è molto debole. Rame, nichel, zinco e piombo si dissolvono rapidamente nel mercurio. Anche l'acciaio inossidabile e il titanio subiranno un infragilimento dovuto al mercurio, o infragilimento del metallo liquido, quando il mercurio bagna la superficie in corrispondenza dei difetti della pellicola passiva. L'attacco è rapido, sorprendente e disastroso quando colpisce.
Il mercurio non influisce sul PTFE. Il fluoropolimero non ha alcun costituente metallico con cui il mercurio possa amalgamarsi. Il mercurio non bagna la superficie del PTFE e l'angolo di contatto del mercurio sul PTFE è di circa 150 gradi, uno dei valori più alti per qualsiasi coppia di materiali. Il mercurio si accumula e rotola via senza toccare il materiale sottostante.
Il processo di amalgama del mercurio
L'infragilimento dei metalli liquidi causato dal mercurio è un processo in più-fasi. Il mercurio deve prima immergere la superficie metallica, il che richiede la rottura della pellicola di ossido passivo, a causa di danni meccanici, dissoluzione chimica o stress termico. Il mercurio si diffonde rapidamente lungo i bordi dei grani quando tocca il metallo nudo. Gli atomi di mercurio allentano i legami tra i grani. Il metallo perde la sua resistenza meccanica e si frattura sotto forze ben al di sotto del suo normale punto di snervamento.
Il processo è un rapido-errore che può verificarsi nel giro di minuti o ore di interazione del mercurio. Un graffio nel rivestimento passivo di uno scambiatore di calore in acciaio inossidabile esposto a salamoia contenente mercurio può provocare un guasto catastrofico senza preavviso. La modalità del guasto è sconosciuta e le conseguenze sono lo scarico di mercurio e salamoia nell'ambiente.
| Parametro di attacco del mercurio | Acciaio inossidabile | Titanio | PTFE |
|---|---|---|---|
| Bagnatura del mercurio | Sì (con difetti del film passivo) | Sì (ai difetti) | No (angolo di contatto ~ 150 gradi) |
| Formazione di amalgama | Moderare | Basso (TiO₂ protegge) | Nessuno (nessun metallo) |
| Rischio di infragilimento da metalli liquidi | Alto nei difetti | Moderare | Nessuno |
| Prevedibilità del fallimento | Basso (catastrofico) | Basso | N/A (nessuna modalità di errore) |
| Durata utile in salamoia-contaminata da mercurio | Imprevedibile | Imprevedibile | 15+ anni |
Il vantaggio in termini di sicurezza del processo
L'eliminazione del rischio di attacchi da mercurio non è solo un problema di durata delle apparecchiature,-è un problema di sicurezza dei processi. Un guasto catastrofico dello scambiatore di calore che rilascia salamoia contaminata da mercurio- comporta gravi rischi per l'ambiente e la salute. Il mercurio è una tossina persistente e bioaccumulabile. Una versione può innescare l'applicazione delle normative, la correzione del sito e la responsabilità a lungo-termine.
Il PTFE fornisce sicurezza intrinseca contro questa modalità di guasto. Il materiale non è attaccabile dal mercurio. Non esiste alcun meccanismo di infragilimento da metallo liquido. Non vi è alcun guasto catastrofico derivante dall’esposizione al mercurio. Lo scambiatore di calore funziona in modo sicuro per tutta la sua vita utile, indipendentemente dalla concentrazione di mercurio nella salamoia.
Il beneficio di smantellamento e smaltimento
Gli scambiatori di calore rimossi dal servizio salamoia contaminato da mercurio- contengono residui di mercurio. Gli scambiatori metallici sono contaminati da mercurio penetrato nella superficie metallica-il mercurio non può essere completamente rimosso mediante la pulizia. Lo scambiatore esaurito deve essere gestito e smaltito come rifiuto contaminato da mercurio-, con tutte le implicazioni normative e di costo associate.
Il PTFE non assorbe il mercurio. Il mercurio rimane in superficie sotto forma di goccioline che possono essere rimosse mediante risciacquo con una soluzione tensioattiva. Il PTFE decontaminato è privo di residui di mercurio. Lo smaltimento avviene in modo semplice come rifiuti industriali-non-pericolosi o come riciclaggio.
Riepilogo
Gli scambiatori di calore in PTFE sono particolarmente adatti per il servizio con salamoia alcalina-cloro-contaminata da mercurio. Il fluoropolimero è immune alla fusione del mercurio e alle modalità di guasto da infragilimento dei metalli liquidi-che rendono gli scambiatori metallici imprevedibili e pericolosi in questo ambiente. La superficie in PTFE non-bagnante impedisce il contatto con il mercurio. La decontaminazione e lo smaltimento sono semplificati. Per gli impianti con celle a mercurio in fase di ammodernamento, gli scambiatori di calore in PTFE forniscono un sostituto sicuro e affidabile per le unità metalliche vulnerabili.
Il supporto tecnico per la manutenzione del mercurio Le specifiche dello scambiatore di calore in PTFE sono disponibili previa presentazione della chimica della salamoia, dell'intervallo di concentrazione del mercurio, della temperatura operativa e della cronologia dei guasti attuali delle apparecchiature.
